Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Основы аналитической химии. Химические методы анализа. Учебное пособие
.pdf
Примером специфической реакции может служить реакция
роданида калия (аммония) на присутствие в пробе ионов железа (III),
которая сопровождается образованием Fe(CNS)3 кроваво-красного
цвета. Ни один другой катион подобного аналитического сигнала не
дает.
Селективные реагенты – реагенты, которые дают одинаковый
эффект с ограниченным количеством ионов. Селективные реагенты
занимают пограничное положение между групповыми и
специфическими и способны проявлять свою специфичность только в
определенных условиях.
Например, диметилглиоксим (реактив Чугаева), являясь
селективным реагентом, образует с ионами никеля (II) и железа (II)
интенсивно окрашенные комплексные соединения, которые обладают
сравнительно малой растворимостью. Однако при отсутствии в
растворе ионов железа (II), которые относятся к другой аналитической
группе катионов по кислотно-основной классификации,
диметилглиоксим становится специфическим реагентом при
идентификации ионов Ni(II) в п
(табл. 2.1), поскольку другие ионы этой аналитической группы с
реактивом не дают визуального эффекта.
2.2 Качественный химический анализ
неорганических солей
ределах аммиакатной группы катионов
В зависимости от используемых реагентов качественный
химический анализ неорганической соли можно провести дробным
или систематическим методами. Дробный анализ проводят, приливая
к отдельным порциям определяемого раствора специфические или
селективные реагенты (реактивы). При этом создают условия, когда
определяемые компоненты не мешают определению друг друга.
Однако специфических реагентов немного, и перечень открываемых
ими ионов невелик. Поэтому чаще используют систематический ход
анализа, при выполнении которого используют групповые реагенты,
добавляемые к анализируемому раствору в определенной
последовательности (что и приводит к формированию системы).
Совокупность ионов, дающих одинаковый аналитический сигнал с
групповым реагентом, выделяют в аналитическую группу.
51
Дальнейшее обнаружение ионов в пределах аналитической группы
проводят с использованием специфических и селективных реагентов.
Классификация катионов. В зависимости от того, какие
групповые реагенты лежат в основе проведения систематического
анализа, различают сероводородную, фосфатную, кислотно-основную
или какую-либо другую классификацию катионов. Мы будем
придерживаться кислотно-основной классификации катионов, в
основе которой лежит различная растворимость хлоридов, сульфатов,
гидроксидов и аммиакатов металлов. В соответствии с этой
классификацией наиболее часто определяемые ионы металлов
(катионы) разделяют на 6 аналитических групп (см. табл. 2.1).
В данном случае в качестве групповых реагентов при делении
катионов на группы используют растворы сильных кислот и
оснований, которые приливают к отдельным порциям анализируемого
раствора в последовательности, представленной в табл. 2.1. По
наличию / отсутствию аналитического сигнала судят о наличии или
отсутствии катионов определяемой аналитической группы. Алгоритм
установления аналитической группы и идентификации катиона в
исходном растворе соли (ИРС) представлен на рис. 2.2
Идентификацию отдельного катиона внутри аналитической
группы проводят с помощью специфических и селективных реагентов,
которые при соблюдении определенных условий проявляют
специфичность по отношению к одному из катионов данной группы.
Классификация анионов. В основу классификации анионов на
три аналитические группы положена их различная способность к
образованию труднорастворимых соединений с солями бария и
серебра (см. табл. 2.2). Существуют и иные классификации, например,
с точки зрения окислительно-восстановительных свойств анионов.
При установлении аниона в составе соли к исследуемому
раствору приливают групповые реагенты в той последовательности, в
которой они приведены в таблице 2.2: сначала – раствор BaCl2 в
ейтральной среде. Если при этом выпадает осадок белого цвета, то
н
соль может представлять собой сульфат, карбонат, фосфат или
оксалат какого-либо металла. Если при действии хлорида бария
образуется осадок желтого цвета, то в составе соли присутствует
хромат или дихромат.
52
1)
Zn
2)
[
Таблица
2.1 -
Кислотно-основная классификация катионов
Название
аналит.
группы
Групповой
реагент
Катио-
№
груп-
пы
1 Хлоридная 2М HCl Pb2+
2 Сульфатная 1М H2SO4 Ba2+,
3 Амфотер-
ная
2М NaOH
1) сначала в
недостатке,
2) затем в
избытке
4 Гидроксид-
2М NaOH Fe2+,
ная
ны
(Ag+,
2+
Hg
2
Sr2+,
Ca2+
Al3+,
Cr3+,
Zn2+
Fe3+,
Mn2+,
Mg2+
Аналитический
сигнал
Образование осадка
труднорастворимых
)
хлоридов
Образование осадка
труднорастворимых
сульфатов
Выпадение осадка
труднорастворимых
гидроксидов, раство-
римых в избытке NaOH
с образованием
гидроксокомплексов
Образование осадка
труднорастворимых
гидроксидов, которые
не растворяются ни в
избытке NaOH, ни в
избытке NH4OH
Уравнение химической реакции с
групповым реагентом
2+
Pb
+ 2HCl = PbCl2↓+ 2H
осадок белого цвета,
растворимый в изб. NaOH
AgCl↓ и Hg2Cl2↓ - осадки белого цвета
Ba2+ + H2SO
осадок
белого цвета
SrSO4↓ и CaSO4↓ - осадки белого цвета
3+
Al
+ 3NaOH = Al(OH)3↓ + 3Na
осадок белого цвета
(OH)2↓- бел. цв., Cr(OH)3↓- серо-зелен. цв.
Al(OH)
Zn(OH)4]2-- б/цв., а [Cr(OH)6]
Fe
осадок бурого цв.
Mg(OH)2↓- осадок белого цв.,
Mn(OH)2↓- осадок грязно-белого цв., при
стоянии переходит в темно коричневый,
Fe(OH)2↓- зеленого цвета (в отсутствие кислорода
– белый), буреющий при стоянии во времени
↓+3NaOH = [Al(OH)6]
3
3+
+ 3NaOH = Fe(OH)3↓ + 3Na
= BaSO4↓+ 2H
4
б/цв. раствор
3-
- бл. серый р-ры
+
+
3-
+3Na+
+
+
1)
2)
=
Окончание табл
Название
аналит.
группы
ная
мая
№
груп-
пы
5 Аммиакат-
6 Раствори-
. 2.1
1) сначала в
недостатке,
2) затем в
избытке
Групповой
реагент
2М NH4OH
- NH
Катио-
ны
Cu2+,
Ni2+
+
4
K+,
Na+
Аналитический
сигнал
Выпавший при
действии (в недостаточ-
ном количестве) NaOH
или NH4OH осадок
труднорастворимых
гидроксидов
растворяется в избытке
NH4OH с образованием
аммиакатных
комплексов
,
Отсутствие аналити-
ческого сигнала при
действии групповых
реагентов
предшествующих
аналитических групп
Уравнение химической реакции с
групповым реагентом
Cu2+ + 2NH
(Ni(OH)2↓ - осадок цвета незрелого яблока)
OH = Cu(OH)2↓ + 2NН
4
осадок голубого цв.
+
4
Cu(OH)2↓ + 4NH3·H2O =
[Cu(NH3)4]
р-р сине-фиолет. цвета
([Ni(NH3)4]2+ - растворимое соединение бледно-
голубого цвета)
2+
+ 2OH- + 4H2O
-
54
* **
Обнаружение
хлоридной группы
катионов
ИРС + НС1 (2 М)
Выпадение
осадка
нет
да Вывод: есть
I ан. группа
катионов
Обнаружение
сульфатной группы
катионов
ИРС + H2SO4 (2 М)
Выпадение
осадка
нет
да Вывод: есть
II ан. группа
катионов
Обнаружение
амфотерной, гид роксидной и аммиа катной группы
катионов
да
(начинаем с начала)
ИРС + NaOH (2 М)
в недостатке
(1-2 капли)
Выпадение
осадка
нет
Выпадение
осадка гидроксидов
(ОГ)
нет
Проводим с ИРС проверочную
реакцию с раствором Na2HPO
да Вывод: есть
III, IV или V
ан. группа
катионов
4
Проводим
идентификацию
ионов
Pb2+, Ag+, Hg
в ИРС
Проводим
идентификацию
ионов
Ba2+, Sr2+, Ca
в ИРС
Проводим
идентификацию
III, IV, V анал.
группы
Лист 1
2+
2
2+
** *
Обнаружение
(амфотерной)
III ан. группы
катионов
ОГ + NaOH (2 М)
(избыток)
Растворение
осадка
нет
да Вывод: есть
III ан. группа
катионов
Обнаружение
(аммиакатной)
V ан. группы
катионов
Анализ
катионов
VI ан группы
(растворимой)
ОГ + NH4OH (2 М)
(избыток)
Проводим
идентификацию
ионов
NH
в ИРС
+
, K+, Na+
4
Растворение
осадка
нет
да Вывод: есть
V ан. группа
катионов
Вывод: есть
IV ан. группа
катионов
Проводим
идентификацию
ионов
Al3+, Cr3+, Zn2+
в ИРС
Проводим
идентификацию
ионов
Cu2+, Ni2+
в ИРС
Проводим
идентификацию
ионов Fe2+,
Fe3+, Mn2+, Mg2+
в ИРС
Лист 2
Рис. 2.2 - Общая схема идентификации катионов при проведении анализа неорганической соли
56
Таблица 2.2 - Классификация анионов
Групповой
труднорастворимых
труднорастворимых
-
ческих сигналов при
действии групповых
№
груп-
пы
1 Бариевая BaCl2 в
2 Серебряная AgNO3
Название
группы
реагент
нейтральн
ой среде
(HNO3)
Анионы
2-
SO
, CO
4
2-
C2O
, PO
4
CrO
,Cr2O
Cl-, Br-, J(S2-, CN-,
Аналитический
сигнал
2-
,
3
3-
4
2-
4
2-
7
,
Образование
осадков
солей бария
Образование
осадков
SCN-)
солей серебра
-
, MnO
2
-
,
3
Отсутствие аналити
-
)
4
3 Растворимая - NO
CH3COO-,
(NO
реагентов
предшествующих
аналитических
групп
В отсутствие аналитического сигнала следует сделать вывод о
том, что анионов бариевой (первой) группы в составе соли нет,
следовательно, к исходному раствору следует добавить раствор
азотнокислого серебра для установления наличия в нем анионов
второй группы.
Если в составе соли есть хлорид - ионы, то при реакции с
AgNO3 образуется белый творожистый осадок хлорида серебра,
который растворяется в разбавленном аммиаке с образованием в
растворе аммиакатного комплексного катиона состава [Ag(NH3)2]+.
Бромиды дают с ионами серебра светло желтый осадок, растворимый
в концентрированном аммиаке, а иодиды – темно желтый осадок,
который в аммиаке нерастворим. Если при добавлении хлорида бария
и нитрата серебра к исходному раствору соли осадков не наблюдается,
то, вероятнее всего, анализируемая соль образована одним из анионов
растворимой группы. Чаще всего - это нитраты или ацетаты.
Идентификацию каждого индивидуального аниона внутри
Аналитическая
группа катиона
Аналитическая
группа аниона
обнаруженной аналитической группы проводят с помощью
селективных или специфических реакций / реагентов.
2.3 Алгоритм анализа неорганической соли
Общий алгоритм проведения анализа неорганической соли
включает следующие основные стадии:
I. Предварительные наблюдения и испытания (цвет соли, запах,
агрегатное состояние, реакция окрашивания пламени,
растворимость в воде);
II. Выбор растворителя и растворение соли (если соль растворили в
кислоте или щелочи, то необходима стадия нейтрализации
полученного раствора);
III. Определение аналитической группы катиона;
IV. Идентификация катиона внутри аналитической группы;
Определение аналитической группы аниона;
V.
VI. Идентификация аниона;
VII. Написание брутто-формулы анализируемой соли.
В наглядной форме последовательность операций при анализе
соли может быть представлена общей схемой, отображенной на рис. 2.3.
I
II
III V
Образец
Раствор
IV VI
Катион Анион
58
VII
Брутто-формула
Рисунок 2.3 - Общая
схема анализа соли
Вопросы для самоконтроля к главе 2
1. Дайте определение понятию «качественный химический анализ».
Какую цель он преследует? Что положено в основу проведения
качественного химического анализа?
2. Что такое аналитическая реакция? Приведите примеры
аналитических реакций.
3. Дайте классификацию аналитических реакций по способу их
проведения.
4. Перечислите основные требования, предъявляемые к
аналитической реакции.
5. Что следует понимать под чувствительностью и селективностью
аналитической реакции? Что характеризует НПО (нижний предел
обнаружения)?
6. Что такое аналитический реагент? По какому признаку все
реагенты, которые используются в качественном химическом
анализе, подразделяют на групповые, селективные и
специфические? Охарактеризуйте их и приведите примеры.
В чем состоит сущность дробного и систематического хода
7.
анализа?
8. Что означает термин аналитическая группа катионов (анионов)? С
какой целью введено это понятие в практику качественного
химического анализа?
9. Приведите кислотно-основную классификацию наиболее
употребительных катионов. Приведите для каждой аналитической
группы: наименование; групповой реактив; перечень катионов,
входящих в ее состав; химическую реакцию; аналитический
сигнал.
10. Каким образом проводят идентификацию отдельного катиона
внутри аналитической группы? Должна ли соблюдаться при этом
определенная последовательность действий?
11. Напишите селективные реакции идентификации следующих
катионов: Pb
Mn2+, Mg2+, Cu2+, Ni2+, NH
Что положено в основу классификации анионов на аналитические
12.
2+
, Ba2+, Sr2+, Ca2+, Al3+, Cr3+, Zn2+, Fe2+, Fe3+,
+
, K+, Na+.
4
группы? Приведите для каждой аналитической группы:
наименование; групповой реактив; перечень анионов, входящих в
ее состав; химическую реакцию; аналитический сигнал.
59
13. Напишите селективные реакции идентификации следующих
анионов: SO
4
2-
, CO
2-
3
, C2O
2-
4
, PO
3-
4
, CrO
2-
(Cr2O
4
2-
), Cl-, Br-, J-, NO
7
3
CH3COO-.
14. Составьте общий алгоритм проведения анализа неорганической
соли, включая его основные стадии.
15. Проверьте себя. Растворимую группу составляют катионы:
2+, Cr3+
а) Zn
, AI3+;
б) Na+, K +, NH
+
;
4
в) Sr2+, Ca2+, Ba2+;
г) Mg2+, Fe2+, Mn2+, Fe3+.
16. В качестве примера, характеризующего свойства гидроксидной
группы катионов, можно использовать реакцию:
а) Ba
2+
+ SO
2-
= ↓BaSO4;
4
б) Cu2+ + 4NH3·H2O = [Cu(NH3)4]2+ + 4H2O;
в) Fe2+ + 2OH- = ↓ Fe(OH)2;
Pb2+ + 2CL - = ↓ PbCL2;
г)
д) AI3+ + 6OH - = [AI(OH)6]3-.
17. Первой группе катионов соответствует образование следующих
соединений, воспринимаемых как аналитический сигнал:
а) [Al(OH)6]3-, [Cr(OH) 6]
3-
, [Zn(OH)4]2-;
б) отсутствие аналитического сигнала при добавлении
кислот и оснований;
в) BaSO4↓, SrSO4↓, CaSO4↓;
г) AgCl↓, Hg2Cl2↓, PbCl2↓;
д) Fe(OH) 2↓, Fe(OH) 3↓, Mn(OH) 2↓, Mg(OH) 2↓;
е) [Cu(NH3) 4]2+, [Ni(NH3) 4]2+.
-
,
18. При обнаружении ионов аммония более специфичным реагентом
является:
а) едкий натр;
б) хлороводородная (соляная) кислота;
в) реактив Несслера.
19. Если к раствору, содержащему ионы Cu2+, Na+, Zn2+, Mg2+, NH
+
,
4
Fe2+, K+ добавить избыток водного раствора аммиака, то в осадок
выпадут катионы _________________ в виде следующих
соединений ___________________.
60
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]